在拒绝和平谈判的同时，西藏地方当局将其总兵力的三分之二计七个代本全部和三个代本一部，以及土兵、僧兵等，共8000余人，分布于昌都周围及金沙江以西地区，企图阻止人民解放军进藏。
昌都是藏东的政治、经济中心，是解放军进藏的咽喉要道。为了打通和平解放西藏的道路，西南军区集中第18军等部共六个团2 万余人发起昌都战役。战役自10月6 日发起，至24日结束，历时18天，歼灭了藏军主力。
昌都战役的胜利，有力地促进了西藏地方上层内部的分化，加深了西藏统治集团内部的矛盾。1950年11月14日，十四世达赖喇嘛丹增嘉措亲政，大扎摄政下台。以阿沛。阿旺晋美噶伦为代表的上层爱国人士，鲜明地反对分裂行动，积极主张同中央人民政府谈判，和平解决西藏问题。在此形势下，经中央人民政府的一再敦促，西藏地方政府遂于1951年2 月中旬决定，派出以阿沛。阿旺晋美为首席代表的五人代表团赴北京谈判。4 月下旬，西藏地方政府和谈代表团和班禅额尔德尼及班禅堪布会议厅官员抵达北京。从29日开始，以李维汉为首席代表和张经武、张国华、孙志远为代表的中央人民政府代表团，与西藏地方政府代表团和班禅额尔德尼一行正式会谈。经20多天协商，双方于5 月21日达成了《中央人民政府和西藏地方政府关于和平解放西藏办法的协议》。
协议的主要内容是：驱逐帝国主义势力出西藏，酉藏人民回到中华人民共和国大家庭中来；西藏地方政府积极协助人民解放军进入西藏，巩固国防；在中央人民政府的统一领导下，西藏人民有实行民族区域自治的权力；对西藏现行的政治制度，中央不予变更；有关西藏的各项改革事宜，中央不加强迫，西藏地方政府应自动进行改革，人民提出改革要求时，得采取与西藏领导人员协商的办法解决之；达赖喇嘛和班禅额尔德尼彼此友好相处时的固有地位及职权不变；中央人民政府统一处理西藏地区的一切涉外事宜。协议的签订，是西藏人民走向光明的第一步。
为了促进协议的贯彻执行，中共中央委派张经武为中央人民政府驻西藏代表，前往西藏工作。张经武向达赖喇嘛递交了毛泽东给他的亲笔信和协议的抄本。达赖喇嘛于10月24日致电毛泽东，表示“拥护协议，积极协助人民解放军进藏部队，巩固国防‘”和“驱逐帝国主义势力出西藏，保护祖国领土主权的统一”。毛泽东当即复电表示欢迎。
根据协议，毛泽东于1951年5 月25日发布《进军西藏的训令》。训令规定：1。西南军区之18军除留两个师（53师、54师）于甘孜、昌都地区担任修筑甘孜机场与甘孜、昌都段公路任务外，52师进军西藏任务不变。该师应以一个团进驻拉萨，两个团（缺一个营）进驻丁青、乌所、黎嘉、太昭地区，师部进驻太昭。
2。西南军区之14军126 团应由德钦地区进驻察隅地区。
3。西北军区之骑兵支队应由玉树进驻囊谦地区，并仍属西北军区建制。
4。西北军区由新疆准备入藏之部队，除先头部队继续侦察到噶大克的道路外，主力继续修通公路，以备随时入藏。
根据中央军委及西南军区的部署，第18军自1951年7 月开始，从昌都、甘孜等地实施梯次进军。
7 月25比第18军副政委王其梅率领先遣支队400 余人由昌都出发，经边坝、嘉黎、太昭，于9 月9 日进抵拉萨。
第18军主力分成两个梯队西进：军直率第52师第154 团为第一梯队，第52师师直率第155 团为第二梯队。
张国华、谭冠三率军直一部于7 月1 日由甘孜出发，经昌都、丁青，与先期到达墨竹工卡的第154 团会合，于10月26日进抵拉萨。第154 团继于11月23日进驻日喀则，28日进驻江孜。
第二梯队由第52师副师长陈子植、副政委阴法唐率领，亦由甘孜出发，10月21日继由昌都西进，经边坝、沙丁、嘉黎于11月7 日到达太昭。
由青海进藏的第18军独立支队1000余人，在支队长范明、政委慕生忠的率领下，于8 月22日从青海省香日德出发，向南穿越巴颜额拉山，抢渡通天河，翻越唐古拉山，于11月27日抵达拉萨。
从云南进藏的第14军第42师第126 团一部共600 人，于8 月24日从扎那出发，西渡怒江，翻越日秀拉等雪山险隘，闯过瘴病险区，于30日抵达竹瓦根。之后，团长高建兴率一部于10月1 日进至察隅，该团另一部于10日抵达科麦，25日进驻沙马。
新疆独立骑兵师向阿里进军。1951年5 月6 日，由该师第2 团副团长安志明率领的先遣支队400 人；从于田出发，5 月28日到达扎麻芒保，与先遣连会师，继续向阿里首府噶尔进军，7 月27日到达噶尔。同年夏，乌斯满部残匪由新疆且末窜入藏北。7 月26日，独立骑兵师派第二团营长贺景福率一个加强连进藏追剿。剿灭叛匪后，该部进驻日土宗。
解放军各进藏部队不仅战胜了大江大河、雪山峻岭、草原沼泽、原始森林以及气候严寒、空气稀薄。雨雪冰雹等重重自然障碍，胜利地完成了进军西藏的光荣任务，而且模范地宣传和执行了中国共产党的民族、宗教政策。他们每到一地，一律住帐篷，而不住民房，不进佛堂，尊重藏族人民的风俗习惯，积极宣传和平协议精神，扩大了中国共产党和人民解放军的政治影响，增进了民族团结，受到藏族人民热烈欢迎。
12月20日，中央人民政府代表张经武一行、西藏地方政府和谈代表团和进藏部队在拉萨举行大会，庆祝西藏和平解放。
西藏的和平解放，是中国共产党民族政策的伟大胜利。这一胜利，粉碎了中外反动势力妄图分裂中国的阴谋，使西藏摆脱了帝国主义的羁绊，回到了中华人民共和国大家庭的怀抱，实现了中国大陆的统一，促进了中国西南国防的巩固，并给西藏人民带来了光明的前途，使西藏进入了一个崭新的历史时期。